GPM-virtausnopeuslaskuri - Gallonaa minuutissa -työkalu

Mitä GPM (gallonaa minuutissa) tarkoittaa?

GPM on lyhenne sanoista gallonaa minuutissa. Se mittaa, kuinka paljon vettä (tai muuta nestettä) kulkee putken, venttiilin tai vesikalusteen läpi minuutissa. GPM on Yhdysvaltojen putkisto-, kastelu- ja palontorjuntajärjestelmien vakiovirtausyksikkö.

GPM eroaa paineesta. PSI-yksikköinä (naulaa neliötuumaa kohti) mitattu paine on voima, joka työntää vettä putken läpi. GPM on todellinen toimitettu tilavuusvirta. Putkessa voi olla suuri paine mutta pieni virtaus, jos putki on kapea, tai suuri virtaus kohtuullisella paineella, jos putki on leveä.

GPM-virtaaman kaava

GPM-virtaaman kaava muuntaa putken sisähalkaisijan ja veden nopeuden virtaamaksi:

$\text{GPM} = 2.448 \times D^2 \times V$

• GPM – virtaama gallonoina minuutissa
• D – putken sisähalkaisija tuumina
• V – veden nopeus jalkoina sekunnissa
• 2,448 – yksikkömuunnoskerroin pyöristettynä neljän numeron tarkkuuteen

Mistä vakio tulee

Virtaama on aina poikkipinta-ala kertaa nopeus: Q = A × V. Pyöreälle putkelle pinta-ala A = π × (D/2)² eli (π/4) × D² neliötuumaa. Kun tämä kerrotaan nopeudella tuumina sekunnissa (12 × V) ja 60 sekunnilla minuuttia kohti, saadaan kuutiotuumia minuutissa. Yksi Yhdysvaltain nestegallona on täsmälleen 231 kuutiotuumaa (3 790 cm³), joten jakaminen luvulla 231 antaa gallonoita minuutissa. Kaikki yksikkövaiheet tiivistyvät yhdeksi kertoimeksi:

$\frac{\pi \times 12 \times 60}{4 \times 231} = \frac{60\pi}{77} = 2.44799\ldots$

Käsikirjoissa kerroin pyöristetään arvoon 2,448. Tämä laskin käyttää pyöristämätöntä arvoa, joten tulos voi poiketa käsin lasketusta viimeisen näytetyn numeron osalta. 10 tuumaa putki, jossa virtausnopeus on 10 jalkaa (3 m) sekunnissa, antaa tässä tulokseksi 2 447,99 GPM, kun pyöristettyä vakiota käytettäessä tulos on 2 448,00.

GPM:n laskeminen

Tarvitaan kaksi mittausta.

Sisähalkaisija. Mittaa putken sisähalkaisija, älä ulkohalkaisijaa. Putken nimelliskoko ei aina vastaa sen todellista sisähalkaisijaa — nimelliskooltaan 1 tuuma Schedule 40 -teräsputken sisähalkaisija on noin 1,05 tuumaa (2,67 cm), ja eri materiaalien sekä putkisarjojen mitat vaihtelevat vielä enemmän. Tarkista tarkka arvo valmistajan teknisistä tiedoista.

Nopeus. Tämä tarkoittaa veden nopeutta jalkoina sekunnissa. Virtausmittari antaa arvon suoraan. Ilman virtausmittaria virtaus voidaan mitata toisella tavalla käyttämällä jäljempänä kuvattua ämpärimenetelmää.

Syötä molemmat luvut laskimeen saadaksesi virtaaman GPM-yksikköinä.

Ratkaistu esimerkki

2 tuumaa putkessa veden nopeus on 5 jalkaa (1,5 m) sekunnissa.

GPM = 2,448 × 2² × 5 = 2,448 × 4 × 5 = 48,96

Virtaama on noin 49 gallonaa (185 L) minuutissa.

Esimerkki kaksi

3 tuumaa jäähdytysvesiputkessa virtausnopeus on 10 jalkaa (3 m) sekunnissa, mikä on tavanomainen nopeus kaupallisten LVI-järjestelmien putkistoissa.

GPM = 2,448 × 3² × 10 = 2,448 × 9 × 10 = 220,32

Tämä on noin 220 GPM. Kaupalliset jäähdytysjärjestelmät mitoitetaan usein nyrkkisäännöllä, jonka mukaan virtaama on noin 2,4 gallonaa (9,08 L) minuutissa jokaista jäähdytystehon tonnia kohti. Tällä virtaamalla 220 GPM riittää noin 90 jäähdytystonnille (82 t).

Virtauksen mittaaminen ilman virtausmittaria

Ämpärimenetelmällä virtaama mitataan suoraan ilman, että halkaisijaa tai nopeutta tarvitsee määrittää erikseen.

1. Aseta tunnetun tilavuuden astia, esimerkiksi 5 am. gallonaa ämpäri, virtauksen alle.
2. Mittaa täyttymiseen kuluva aika minuutteina.
3. Jaa tilavuus ajalla: GPM = tilavuus ÷ aika.

Jos ämpäri täyttyy 45 sekunnissa (0,75 minuutissa), virtaama on 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Menetelmän tarkkuus on muutaman prosentin sisällä, jos tilavuus ja aika mitataan huolellisesti, mutta se toimii vain, kun koko virtaus voidaan ottaa talteen, esimerkiksi avoimesta putken päästä tai letkusta. Pääkaavan järjestäminen uudelleen muuntaa saadun arvon takaisin nopeudeksi: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Milloin kaava ei sovellu

Kaava olettaa, että vesi virtaa täydessä, pyöreässä putkessa tasaisissa olosuhteissa.

• Osittain täynnä olevat putket. Putken on oltava täynnä. Puolillaan oleva viemäriputki kuljettaa paljon vähemmän kuin kaava ennustaa, koska vain osa poikkipinta-alasta sisältää nestettä.
• Ep pyöreät putket. Soikeat, suorakulmaiset tai epäsäännölliset kanavat edellyttävät erilaista pinta-alan kaavaa.
• Epävakaa virtaus. Kaava olettaa vakionopeuden. Äkilliset venttiilien sulkeutumiset (paineisku) tai jaksottain käyvä pumppu edellyttävät erilaista analyysia.
• Liitososien lähellä. Nopeus heti mutkan, T-haaran tai venttiilin jälkeen on epätasainen. Mittaukset ovat tarkimpia vähintään 10 putken halkaisijan etäisyydellä liitososasta alavirran suuntaan.

Tyypillisiä virtaamia käyttökohteittain

Suositellut putkien virtausnopeudet vaihtelevat myös käyttökohteen mukaan: asuinrakennusten syöttöputket suunnitellaan yleensä nopeudelle 4–7 jalkaa sekunnissa ja pumppujen imupuput nopeudelle 2–5 jalkaa sekunnissa. Yli 8 jalan (2,4 m) sekuntinopeus lisää paineiskun, melun ja putkien eroosion riskiä.

Usein kysyttyä

Mikä ero on GPM:n ja vedenpaineen välillä?

GPM mittaa toimitetun veden tilavuutta minuutissa. Paine (PSI) mittaa voimaa, joka työntää veden putken läpi. Putkessa voi olla suuri paine ja pieni GPM, jos se on kapea, tai suuri GPM ja kohtuullinen paine, jos se on leveä.

Miten GPM muunnetaan muiksi virtausyksiköiksi?

Kerro GPM luvulla 3,785 saadaksesi litraa minuutissa. Jaa GPM luvulla 448,8 saadaksesi kuutiojalkaa sekunnissa. Kerro GPM luvulla 0,227 saadaksesi kuutiometriä tunnissa.

Kuinka paljon GPM-virtaamaa tyypillinen talo tarvitsee?

Laske yhteen samanaikaisesti todennäköisesti käytettävät vesikalusteet, älä kaikkia talon vesikalusteita. Koti, jossa yksi tai kaksi ihmistä käy suihkussa, pesuallas on käytössä ja astianpesukone käy, saattaa tarvita 8–10 GPM. Useimmat kodit, joissa on kaksi tai kolme kylpyhuonetta, saavat vedensyötön liittymästä, jonka mitoitusvirtaama on 8–12 GPM.

Miksi putkimateriaali vaikuttaa virtaamaan?

Karheat sisäpinnat aiheuttavat kitkaa, joka hidastaa vettä. Uusien PVC- ja kupariputkien sisäpinnat ovat sileitä ja niiden kitka on vähäistä. Sinkitty teräsputki karhentuu vanhetessaan, kun mineraalikerrostumia kertyy sen sisälle. Tämä voi pienentää virtaamaa 30–50% useiden vuosikymmenten jälkeen, vaikka ulkohalkaisija ei muutu.

Mitä tapahtuu, jos putki on tarvittavaan virtaamaan nähden liian pieni?

Veden on liikuttava nopeammin, jotta sama tilavuus kulkisi kapeamman putken läpi. Suurempi nopeus lisää kitkahäviöitä, kasvattaa paineiskun riskiä venttiilien sulkeutuessa äkillisesti ja voi aiheuttaa melua sekä pumpun kavitaatiota. Kun syöttöputkien nopeus pidetään alle noin 8 jalan (2,4 m) sekunnissa, useimmat näistä ongelmista vältetään.

Toimiiko tämä kaava muillekin nesteille kuin vedelle?

Kyllä, tilavuusvirran osalta. Kerroin on vain muunnos tuumien, jalkojen, sekuntien, minuuttien ja gallonojen välillä, joten se pätee kaikkiin nesteisiin, jotka täyttävät pyöreän putken. Tiheys ei muuta pisteen ohi kulkevan tilavuuden määrää. Tiheys vaikuttaa kuitenkin virtaavan massan määrään, sen työntämiseen tarvittavaan paineeseen ja pumpun tehoon, joten öljyille ja lietteille tarvitaan edelleen omat painehäviölaskelmansa.

Lähteet

1. American Water Works Association. Water Meters — Selection, Installation, Testing, and Maintenance (AWWA Manual M6).
2. Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2017). Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill Education.
3. International Association of Plumbing and Mechanical Officials. Uniform Plumbing Code.
4. U.S. Environmental Protection Agency. WaterSense-ohjelma.